上承式提籃拱橋整體節(jié)點(diǎn)弦桿制造工藝

張健康 史淑艷 許建梅

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

上承式提籃拱橋整體節(jié)點(diǎn)弦桿制造工藝

張健康 史淑艷 許建梅

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

針對上承式提籃拱橋整體節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，以納界河大橋整體節(jié)點(diǎn)弦桿為例，簡要介紹了復(fù)雜空間整體節(jié)點(diǎn)弦桿的制造工藝、焊接工藝及制孔工藝，通過桿件的試裝及橋位架設(shè)精度的檢測驗(yàn)證，成功解決了復(fù)雜空間整體節(jié)點(diǎn)制造精度及空間孔群連接精度控制的難題，取得了良好的效果。

整體節(jié)點(diǎn)弦桿，平聯(lián)接頭，焊接變形，孔群連接精度

1 工程概況

納界河大橋主橋?yàn)?52 m上承式提籃鋼桁拱，引橋及拱上梁跨布置為3×24簡支梁+1×32簡支梁+2×48 T構(gòu)+11×24.7鋼混結(jié)合梁+2×48 T構(gòu)+7×32簡支梁，全長810.10 m。拱軸線平面內(nèi)為懸鏈線，主桁矢高64.5 m，主桁為N形架，拱頂處拱肋立面投影桁高8.0 m、拱腳處桁高13.0 m，節(jié)間水平投影長度8.233 3 m，拱頂處主桁中心距8.0 m，拱角處主桁中心距27.0 m，拱肋內(nèi)傾角8.378 67°，主拱圈不設(shè)預(yù)拱度。全橋主要材質(zhì)為Q370qE，Q345qE，總重約8 000 t。圖1為納界河主橋橋形布置圖。

本橋弦桿均采用整體節(jié)點(diǎn)形式，是鋼桁拱橋的主要受力構(gòu)件，同時(shí)也是連接腹桿、平聯(lián)、橫聯(lián)、立柱等桿件的關(guān)鍵所在，對橋位架設(shè)的精度起著至關(guān)重要的作用。以上弦桿A4A5為例進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

2 弦桿特點(diǎn)分析

大橋弦桿整體節(jié)點(diǎn)部位空間連接關(guān)系復(fù)雜，承受的荷載集中，且荷載較大。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。上弦桿A4A5長9.9 m、箱口斷面為高×寬=1.2 m×1.6 m、節(jié)點(diǎn)部位斷面為高×寬=3.0 m×2.8 m。上、下蓋板厚28 mm，腹板與節(jié)點(diǎn)板采用28 mm+36 mm，平、橫聯(lián)接頭與節(jié)點(diǎn)板整體焊接。其結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)。

2.1 焊接要求高

桿件材質(zhì)為Q370qE，板厚種類多(16 mm～36 mm)，焊接接頭形式多種多樣。其中包括蓋腹板28 mm+28 mm的單V棱角焊，腹板與節(jié)點(diǎn)板28 mm+36 mm的不等厚對接，節(jié)點(diǎn)板與立柱腹板36 mm+24 mm的熔透焊縫，平聯(lián)接頭板與節(jié)點(diǎn)板16 mm+36 mm的熔透焊縫，各種板厚之間的角焊縫。各種焊縫密集、坡口及熔透焊縫多、焊接工作量大等為焊接質(zhì)量控制提出了更高的要求。

2.2 各構(gòu)件之間空間關(guān)系復(fù)雜

拱軸線為懸鏈線，弦桿主體在節(jié)點(diǎn)中心位置變坡，即兩端箱體主軸線存在δ角；拱軸內(nèi)傾8.378 67°，引起平聯(lián)接頭蓋板撐桿連接部位與斜桿連接部位存在彎折夾角δ/2，平聯(lián)接頭主體圍繞節(jié)點(diǎn)中心X，Y，Z方向均存在空間夾角α，β，γ；平聯(lián)接頭示意圖見圖3。橫聯(lián)接頭板圍繞節(jié)點(diǎn)中心X，Y方向存在空間夾角α1，β1。橫聯(lián)接頭示意圖見圖4。

2.3 空間連接關(guān)系復(fù)雜、幾何精度要求高

上弦桿A4A5與兩側(cè)的相鄰弦桿及上部的拱上立柱對拼式連接、下部與斜腹桿及豎桿插入式連接，通過連接接頭與平聯(lián)撐桿對拼式連接、與平聯(lián)斜桿及橫聯(lián)插入式連接，共計(jì)8個(gè)方向的連接關(guān)系。且各個(gè)接口均通過高強(qiáng)度螺栓連接，連接關(guān)系復(fù)雜、制孔精度要求高。

3 難點(diǎn)分析

3.1 焊接變形控制

本桿件板厚種類多、焊接形式多種多樣，尤其是箱體主棱角焊縫、平聯(lián)接頭板的熔透焊縫，對桿件的質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵。同時(shí)，焊接變形的控制對桿件各空間關(guān)系起到了至關(guān)重要的作用，必須作為重點(diǎn)控制對象。

3.2 箱體的整體幾何尺寸控制

箱體各連接接口的控制是桿件之間連接的重要項(xiàng)點(diǎn)，弦桿的整體質(zhì)量受各個(gè)零件角度關(guān)系、幾何尺寸、平面度、扭曲等項(xiàng)點(diǎn)相互影響。確保弦桿自身的折角，尤其是平橫聯(lián)接頭的空間角度關(guān)系是本項(xiàng)目制造的最大難點(diǎn)。

3.3 孔群連接精度控制

弦桿空間8個(gè)方向均通過高強(qiáng)度螺栓連接，且桿件之間對拼式連接與插入式連接互相交錯(cuò)，連接關(guān)系極為復(fù)雜。制孔精度的控制是橋位順利安裝的關(guān)鍵，同時(shí)也是大橋安裝精度控制的關(guān)鍵，必須作為本項(xiàng)目的重中之重進(jìn)行保證。

4 工藝措施

4.1 總體方案

經(jīng)對弦桿自身特點(diǎn)的認(rèn)真分析和多種方案的比對研究，本著“化整為零、逐步消化”的原則，確定弦桿的整體制作思路為：零件→單元件→槽型→箱體→一次焊接→各種接頭組裝→二次焊接→成品。對桿件的制造過程進(jìn)行逐一分級分步控制，確保桿件的幾何尺寸滿足驗(yàn)收規(guī)范要求。同時(shí)對弦桿制孔采用“后孔法為主、先孔法為輔”的制孔工藝，確保各孔群連接精度滿足規(guī)范要求。

4.2 組裝工藝

弦桿的整體制作按照“箱體組焊→平聯(lián)接頭組焊→橫聯(lián)接頭組焊”三步驟的工藝執(zhí)行。

4.2.1 箱體組裝

由于弦桿上下蓋板均嵌入于腹板內(nèi)側(cè)，加之，上下蓋板在節(jié)點(diǎn)中心位置折彎，全橋桿件折彎高度不一，采用傳統(tǒng)的正裝或倒裝工藝，很難實(shí)現(xiàn)對弦桿箱體整體拼裝的精度控制。因此，根據(jù)本橋特點(diǎn)采用工藝為：1)以一側(cè)腹板單元為基準(zhǔn)定位于平臺上；2)劃出隔板組裝位置線拼裝隔板；3)組裝上蓋板(下蓋板)，并與隔板密切、與腹板外露邊緣對齊；4)組裝另一側(cè)腹板，90°翻身使槽型正立，焊接箱內(nèi)隔板的角焊縫；5)組裝下蓋板(上蓋板)；6)焊接四條主角焊縫；7)拼裝并焊接立柱接頭的腹板，完成箱體的制作。

4.2.2 平聯(lián)接頭的定位組裝

平聯(lián)接頭與箱體節(jié)點(diǎn)中心X，Y，Z方向均存在空間夾角α，β，γ(見圖3)，其空間位置的精度控制是桿件制作的重中之重，是影響橋位能否順利架設(shè)和保證線形的關(guān)鍵。

執(zhí)行工藝：1)將平聯(lián)接頭的工型結(jié)構(gòu)在平臺上進(jìn)行精確組焊，確保與節(jié)點(diǎn)板焊接側(cè)的拼裝精度及工型蓋板的彎折角度滿足要求；2)利用箱體修正后的縱橫基線為基準(zhǔn)，并配以經(jīng)緯儀劃工型蓋腹板在節(jié)點(diǎn)板上的組裝位置線；3)按線粗定位組裝接頭；4)經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀配合精確調(diào)整工型腹板關(guān)鍵點(diǎn)的空間角度，實(shí)現(xiàn)精確定位；5)按工藝焊接、探傷、修整。

平聯(lián)接頭相對于桿件節(jié)點(diǎn)中心為三維空間結(jié)構(gòu)，通過CAD軟件繪圖尋找關(guān)鍵點(diǎn)定位坐標(biāo)困難，且復(fù)雜的空間關(guān)系轉(zhuǎn)換容易出錯(cuò)，精度取舍對最終的結(jié)果影響大。因此，為保證空間關(guān)系的準(zhǔn)確性，采用數(shù)學(xué)分析的方式進(jìn)行精確控制。1)以平聯(lián)接頭自身建立空間坐標(biāo)系O′X′Y′Z′(見圖5)，并記錄坐標(biāo)系下蓋腹板關(guān)鍵點(diǎn)a，b，c，d的坐標(biāo)值Ti′=[Xi′,Yi′,Zi′]；2)將圖5中節(jié)點(diǎn)中心O′平移至圖3節(jié)點(diǎn)中心O，對接頭整體繞X,Y,Z軸分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)α,β,γ角，并計(jì)算出OXYZ坐標(biāo)系下關(guān)鍵點(diǎn)a,b,c,d坐標(biāo)值Ti=[Xi,Yi,Zi]；3)以計(jì)算結(jié)果作為接頭劃線組裝的基準(zhǔn)。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式：

4.2.3 橫聯(lián)接頭的定位組裝

橫聯(lián)接頭的組裝與平聯(lián)接頭基本一致，通過坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換尋找劃線尺寸進(jìn)行粗定位，輔以已鉆制平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板上的孔群為基準(zhǔn)精定位。橫聯(lián)接頭組裝時(shí)通過輔助工裝將其臨時(shí)連接為工型結(jié)構(gòu)，以確保兩接頭板孔群的相對關(guān)系準(zhǔn)確。

4.3 焊接工藝

1)蓋腹板四條棱角焊縫采用埋弧自動焊在平位進(jìn)行焊接，焊接前端部安裝引弧、熄弧板。焊接過程中隨時(shí)調(diào)整焊絲的對正，以免焊偏。嚴(yán)格控制四條焊縫的焊接方向一致，以防工件產(chǎn)生扭曲變形。桿件端部采用一定的工藝措施控制箱口的焊接變形，確保箱口尺寸滿足要求。

2)隔板與下蓋板、腹板單元的焊接采用CO2氣體保護(hù)焊，立位焊縫從下向上施焊。

3)平聯(lián)接頭蓋板的T形熔透焊縫采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接。焊縫開雙面K形坡口，根據(jù)要求先焊接較大坡口的一側(cè)，再碳弧氣刨清根、打磨后進(jìn)行兩面對稱交替焊接，減少焊接變形。

4.4 制孔工藝

弦桿制孔采用“后孔法為主、先孔法為輔”的工藝。箱體孔群及平聯(lián)接頭板孔群采用后孔法，橫聯(lián)接頭孔群采用先孔法。

弦桿的制孔分為兩步進(jìn)行：

1)箱體整體鉆孔：在未裝平橫聯(lián)接頭板之前，箱體整體焊接修整之后，通過經(jīng)緯儀在劃線平臺上精確劃出箱體弦桿接口、立柱接頭、腹桿連接部位的鉆孔對向線及平橫聯(lián)接頭的組裝位置線，采用搖臂鉆卡樣板鉆孔。

2)平聯(lián)接頭鉆孔：平聯(lián)接頭焊接修整完成后，通過已鉆孔箱體的縱橫基線為基準(zhǔn)，輔以經(jīng)緯儀劃出連接孔群的鉆孔對向線，采用磁力鉆卡樣板鉆孔。為保證孔群空間關(guān)系的準(zhǔn)確度，采用4.2.2中確定平聯(lián)接頭組裝線的方法進(jìn)行計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，通過關(guān)鍵點(diǎn)a,b,c,d距桿件縱橫基線的距離進(jìn)行劃線，見圖6。

5 結(jié)語

通過對整體節(jié)點(diǎn)弦桿制造工藝的詳細(xì)研究，根據(jù)車間實(shí)際生產(chǎn)桿件的檢測、主桁及平聯(lián)試裝的檢測以及橋位架設(shè)精度的監(jiān)控結(jié)果，該橋弦桿的制造精度滿足《林織鐵路納界河特大橋鋼桁拱制造規(guī)則》的要求。其制造工藝合理、可行，達(dá)到了預(yù)期的效果，為后續(xù)同類型鋼結(jié)構(gòu)的制造提供了參考。

[1] TB 10212-2009，鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].

[2] GB 50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

The manufacturing technology of the chord with integral panel point for the deck arch bridge

ZHANG Jian-kang SHI Shu-yan XU Jian-mei

(ChinaRailwayBaojiBridgeGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

Taking the chord with integral panel point for Najie River Bridge for example and according to the characteristics of the integral panel point for the deck arch bridge, introduces the manufacturing technology, welding process and drilling process of the chord with integral panel point in the complex spatial structure. By assembling the members and inspecting bridge erection precision, the control of the manufacturing accuracy of integral panel point in complex spatial structure as well as the control of the spatial holes connection precision are successfully solved and achieved good results.

chord with integral panel point, bracing joint, welding deformation, holes connection precision

1009-6825(2014)07-0179-03

2013-12-25

張健康(1981- )，男，工程師，一級建造師； 史淑艷(1978- )，女，高級工程師； 許建梅(1980- )，女，工程師

U448.22

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